3D打印混合微针贴片：实现疫苗接种与隐形医疗记录一体化

       作为医学史上最具成效的公共卫生手段之一，疫苗接种在全球范围内挽救了无数生命。目前，每年仍有逾150万儿童死于疫苗可预防的疾病，症结在于免疫覆盖率不足。破解这一难题是一项系统工程，亟待从两方面入手：一是简化接种流程，提升可及性；二是建立更可靠、高效的接种记录保存与调用机制。
      2026年3月，来自佐治亚理工学院的研究团队在《Journal of Controlled Release》发表了一篇题为“Hybrid microneedle patch for administration of measles and rubella vaccine with an on-patient medical record”的研究。该团队成功研制出一种“混合微针贴片”，能够通过单次无痛操作，同步完成麻疹和风疹疫苗的接种，并将近红外荧光微粒植入皮肤真皮层，形成一种肉眼不可见、仅能通过专用设备读取的长期“皮下医疗记录”。
     该“皮下医疗记录”功能的核心实现依赖于一种特殊的近红外发光粒子。这种粒子由聚甲基丙烯酸甲酯包裹的量子点构成，可在近红外光谱区发光，其信号肉眼不可见，但可通过专用设备进行成像与解码。在微针贴片的设计中，单个微针尖端是否载有此种近红外粒子，即对应一个二进制信息位（“1”或“0”）。通过有选择地排列含粒子与不含粒子的微针，即可在皮肤内形成一种特定的点阵图案，用以编码如疫苗种类、生产批号及接种日期等关键信息。


图1. 通过微针贴片将疫苗与近红外粒子联合使用，实现患者医疗记录的存储（OPMR）。
         为实现疫苗接种与信息记录的双重功能，该贴片采用了独特的“分区一体化”结构。其中心区域设计了一个10×10的微针阵列，专用于装载近红外粒子，构成信息编码区；外围则分布着264个微针，专门装载麻疹和风疹疫苗，形成免疫接种区。两个功能区之间通过一道宽500微米、高250微米的环形沟槽实现物理隔离，从而在制造过程中完全避免两种载药溶液的相互混合。为此，研究团队先采用摩方精密nanoArch® S140（精度：10μm）3D打印机制造出高精度模具，随后利用PDMS进行翻模。接着，分别向模具中浇注含有疫苗或近红外粒子的溶液，经固化后，最终得到微针贴片。这一制造工艺关键地保障了微针的几何形状、尺寸以及隔离结构的高度一致性，为后续的产品性能验证奠定了坚实的基础。



图2. 含有近红外粒子以及灭活脊髓灰质炎疫苗（IPV-NIR MNP）或麻疹风疹疫苗（MR-NIR MNP）的微针贴片的制造工艺示意图。
      首先，效价测定证实，空间隔离策略成功地保护了MR疫苗的活性，hMNP中装载的疫苗剂量达到了适用于人体的水平。其次，在离体猪皮上的应用测试显示，无论是中心还是外围的微针均能实现完全插入并在皮肤内溶解，NIR信号也能被完整、准确地转移和读取。机械强度测试表明，单个微针的断裂力远高于实际使用时每个微针所承受的力，确保贴片在施用时不会发生断裂。组织学切片也直观地证明了微针成功刺入了皮肤。



图3. 含有近红外粒子和灭活脊髓灰质炎疫苗（IPV-NIR MNP）或麻疹和风疹疫苗（MR-NIR MNP）的微针贴片。



图4. 含有近红外粒子及麻疹和风疹疫苗的混合微针贴片（MR-NIR hMNP）。

       OPMR信号的长期留存性是该项技术实用化的关键。研究团队在大鼠和豚鼠体内进行了长达数月的追踪。在大鼠皮肤中，植入的NIR信号在长达21个月（相当于该批大鼠的整个寿命）的研究期内没有出现视觉可见的衰减或丢失，组织学检查发现NIR颗粒沉积在真皮深层。在豚鼠中，信号也稳定保持了18个月，尽管在最初一个月内信号强度有所下降（可能与皮肤愈合过程中的部分颗粒流失有关），但此后一直保持强劲。对所有这些时期获取的NIR图像进行解码，误码率远低于系统设计的纠错容量，保证了信息读取的可靠性。然而，在棉鼠模型中出现了例外情况，NIR信号在12周内便逐渐减弱直至消失，其原因尚不明确，但推测可能是棉鼠皮肤特性的独特反应，因为在其他动物模型中均表现出了优异的长期稳定性。



图5. 大鼠和豚鼠的近红外信号持续时间。
       最后，研究评估了hMNP接种疫苗所引发的免疫反应。团队在棉鼠（一种成熟的麻疹研究模型）中比较了三种接种方式：传统的麻疹疫苗皮下注射、不含NIR粒子的麻疹混合微针贴片、以及含NIR粒子的麻疹混合微针贴片。结果表明，尽管hMNP的疫苗递送效率约为52%-65%，但三种方式所产生的中和抗体滴度在接种后随时间均显著上升，且组间无统计学差异。这强有力地证明，通过hMNP进行经皮麻疹疫苗接种所能激发的免疫反应，与常规皮下注射等效；更重要的是，它证实了空间隔离设计有效地防止了NIR粒子对麻疹疫苗免疫原性的干扰，成功实现了两者的共递送。
      总结：本研究成功地开发了一种混合微针贴片，通过巧妙的物理空间隔离设计，能够同步、无痛地完成疫苗接种和在皮肤内植入长期、隐形、可机器读取的医疗记录。在动物模型中，OPMR信号展现出了超过一年半的长期稳定性，且疫苗接种产生了与常规方法同等的保护性免疫应答。这项研究不仅为在资源有限地区简化疫苗接种流程、改善记录保存提供了极具潜力的技术方案，其“混合隔离”的设计思路本身也具有更广泛的适用性，可用于微针贴片需共递送多种互不相容药物或生物制剂的场景。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2026.114635
来源：摩方精密